Как сделать последовательное соединение

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 05.10.2024

Применяя в быту электроприборы, важно иметь представление о работе электрических схем и элементов, соединенных в цепи проводниками последовательным способом. Подобные знания позволят грамотно и безопасно эксплуатировать электрические приборы, не допуская перегрузов и поломки, а так же самостоятельно производить их ремонт.

Схема и формула последовательного соединения проводников

Последовательное соединение представляет собой замкнутый контур, при котором один конец провода контактирует с началом другого.

В данной электрической цепи могут находиться элементы:

гальванический элемент, химический источник электротока;
батарея, источник тока, блок питания;
соединительные провода;
ключ, его сопротивление принимает либо нулевое, либо бесконечное значение;
лампа накаливания, источник искусственного света;
резистор, обладает электрическим сопротивлением;
плавкий предохранитель, выполняет защитную функцию;
реостат, регулирует силу тока.

В электроприборах используются провода, состоящие из проводящей сердцевины и изоляции. При неверном расчете данных на практике случаются пробои изоляции. Это чревато травмами и порчей имущества.

Прежде чем соединять блоки в контур, необходимо тщательно рассчитывать параметры схемы, грамотно их соединять, используя законы электроники.

При поочередном включении все элементы соединяются друг за другом. Конец одного провода контактирует с началом следующего в контуре.

Элементарный пример электросхемы с подобным подключением:

По всем элементам идет электроток. Если удалить одного участника, то остальные тоже перестанут работать, ведь контур будет разомкнут.

Закономерности

В любой точке поочередной цепи значение силы тока идентично. В этом легко убедиться при помощи амперметра. Электродвижущая сила подчиняется закону Ома и равна отношению напряжения на сопротивление.

Каждый элемент оказывает сопротивление силе тока. При последовательном соединении данный показатель у разных элементов суммируется. Например, если в контуре подключены три резистора, то у каждого из них есть сопротивление R1, R2, R3, соответственно сопротивление R123=R1+R2+R3.

Чтобы определить напряжение на каждом из трех резисторах в выше приведенной схеме, нужно применить закон Ома. Если предположить, что R1=2 Ом, R2=3 Ом, R3=5 Ом, U=10 В, то электродвижущая сила в цепи I=U/R=10/(2+3+5)=10/10=1 А.

Продолжая применять закон Ома, легко определить значение U на каждом резисторе:

Если суммировать эти значения, то получится напряжение сети 10 В. Можно сделать вывод, что при поочередном соединении сумма U на участках равняется напряжению питания.

Как изменяются параметры

Любая электрическая цепь, какой бы сложной она не была, определяется тремя параметрами – ток, напряжение, сопротивление. Причем данные параметры находятся в зависимости друг от друга.

В электрической цепи постоянного тока работает закон Ома. Он звучит так – напряжение равно произведению силы тока на сопротивление.

Если к источнику питания приложить нагрузку и создать замкнутый контур, то создадутся условия для протекания электрического тока. Величина этого тока согласно закону Ома зависит от напряжения и сопротивления.

Зная закон Ома, можно определить закономерности. Сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорционально сопротивлению. Чем выше напряг в сети при неизменном сопротивлении, тем больше электродвижущая сила в контуре. С ростом параметра U она увеличивается.

Условно это можно представить следующим образом. Чем выше произведение участников закона Ома, тем большая энергия от источника питания сообщается электронам в потоке, они начинают энергично перемещаться, соответственно, большее количество электронов пройдет в единицу времени черед площадь поперечного сечения, тем больше поток электронов наблюдается в замкнутом контуре.

Интенсивность потока электронов зависит не только от приложенного напряга, но и от сопротивления. Это слово говорит само за себя. В контексте закона Ома имеется в виду противостояние перемещению электронов и протеканию тока. Соответственно, на участке с высоким противостоянием будет меньшее движение электронов.

Для измерения силы тока нужно цепь разъединить и установить амперметр.

Напряжение

Чтобы измерить напряжение на нагрузке, необходимо подключить вольтметр параллельно. Согласно закону Ома, напряжение прямо пропорционально силе тока и сопротивлению. Если каждый из параметров увеличивается, то его значение так же становится выше. Количество вольт на каждом участке схемы суммируется и образует общее значения напряжения питания.

На примере простого контура с двумя лампами можно рассмотреть способы определения напряжения. Сопротивлением провода можно пренебречь, взять для расчета только сопротивление ламп. В елочной гирлянде каждая лампочка рассчитана на 10 В. Количество вольт в контуре равно сумме значений на каждом элементе.

Сопротивление

Резисторы служат для ограничения силы тока в контуре. У каждого элемента свой объем сопротивления. Размещая их в электросети, можно регулировать силу тока, протекающую в ней. Согласно закону Ома, сила тока обратно пропорционально сопротивлению, и наоборот. Если увеличивать значение сопротивления, то поток электронов уменьшится.

Сферы применения последовательного соединения проводников

Благодаря закону Ома возникла возможность использования электродвижущей силы в целях человека. Поочередное подключение проводников широко используется в электроприборах за счет своей особенности – на всех участках провода значение тока одинаково. Соответственно, если на каком-то участке ток пропадает, то вся цепь становится обесточенной. В этом моменте заключается недостаток последовательного соединения. Однако, человек придумал, как превратить недостаток в преимущество.

Данное свойство применяют для защиты систем от перегрузок, размещая в ней предохранители.

Примеры применения последовательного подключения проводников:

новогодняя гирлянда;
защита системы от перегрузок;
для регулирования напряжения;
электрический звонок, звук появляется при удержании кнопки (при замыкании);
включатели на электроприборах.

Опытные электрики рекомендуют использовать мультиметр, амперметр для служебных измерений. При монтажных работах эти приборы позволяют мгновенно получать данные.

Работа электриков связана с опасностью удара током. Независимо от способа подключения присутствует опасность травмирования. Если в схеме имеется разрыв, его важно вовремя обнаружить, пока не случилось непоправимое.

При работе с высоким количеством вольт монтажники обязаны облачаться в спецодежду и обувь с толстой резиновой подошвой, защищающей от удара.

Поочередное подключение имеет недостаток. Если один участок нарушен, то вся схема обесточивается. Данное свойство научились использовать для защиты сетей от перегрузок. Если один из параметров резко возрастает, то срабатывает предохранитель, обесточивая контур. Прибор прекращает работу, оставаясь при этом исправным. Специалисту остается лишь провести небольшой ремонт по замене предохранителя. Данный способ применяется в бытовых приборах, в автотехнике, в профессиональных устройствах.

Ток в электроцепи проходит по проводникам от источника напряжения к нагрузке, то есть к лампам, приборам. В большинстве случаев в качестве проводника используются медные провода. В цепи может быть предусмотрено несколько элементов с разными сопротивлениями. В схеме приборов проводники могут быть соединены параллельно или последовательно, также могут быть смешанные типы.

Элемент схемы с сопротивлением называется резистором, напряжение данного элемента является разницей потенциалов между концами резистора. Параллельное и последовательное электрическое соединение проводников характеризуется единым принципом функционирования, согласно которому ток протекает от плюса к минусу, соответственно потенциал уменьшается. На электросхемах сопротивление проводки берется за 0, поскольку оно ничтожно низкое.

Параллельное соединение предполагает, что элементы цепы подсоединены к источнику параллельно и включаются одновременно. Последовательное соединение означает, что проводники сопротивления подключаются в строгой последовательности друг за другом.

При просчете используется метод идеализации, что существенно упрощает понимание. Фактически в электрических цепях потенциал постепенно снижается в процессе перемещения по проводке и элементам, которые входят в параллельное или последовательное соединение.

Последовательное соединение проводников

Схема последовательного соединения подразумевает, что они включаются в определенной последовательности один за другим. Причем сила тока во всех из них равна. Данные элементы создают на участке суммарное напряжение. Заряды не накапливаются в узлах электроцепи, поскольку в противном случае наблюдалось бы изменение напряжения и силы тока. При постоянном напряжении ток определяется значением сопротивления цепи, поэтому при последовательной схеме сопротивление меняется в случае изменения одной нагрузки.

Недостатком такой схемы является тот факт, что в случае выхода из строя одного элемента остальные также утрачивают возможность функционировать, поскольку цепь разрывается. Примером может служить гирлянда, которая не работает в случае перегорания одной лампочки. Это является ключевым отличием от параллельного соединения, в котором элементы могут функционировать по отдельности.

Последовательная схема предполагает, что по причине одноуровневого подключения проводников их сопротивление в любой точки сети равно. Общее сопротивление равняется сумме уменьшения напряжений отдельных элементов сети.

При данном типе соединения начало одного проводника подсоединяется к концу другого. Ключевая особенность соединения состоит в том, что все проводники находятся на одном проводе без разветвлений, и через каждый из них протекает один электроток. Однако общее напряжение равно сумме напряжений на каждом. Также можно рассмотреть соединение с другой точки зрения – все проводники заменяются одним эквивалентным резистором, и ток на нем совпадает с общим током, который проходит через все резисторы. Эквивалентное совокупное напряжение является суммой значений напряжения по каждому резистору. Так проявляется разность потенциалов на резисторе.

Использование последовательного подключения целесообразно, когда требуется специально включать и выключать определенное устройство. К примеру, электрозвонок может звенеть только в момент, когда присутствует соединение с источником напряжения и кнопкой. Первое правило гласит, что если тока нет хотя бы на одном из элементов цепи, то и на остальных его не будет. Соответственно при наличии тока в одном проводнике он есть и в остальных. Другим примером может служить фонарик на батарейках, который светит только при наличии батарейки, исправной лампочки и нажатой кнопки.

В некоторых случаях последовательная схема нецелесообразна. В квартире, где система освещения состоит из множества светильников, бра, люстр, не стоит организовывать схему такого типа, поскольку нет необходимости включать и выключать освещение во всех комнатах одновременно. С этой целью лучше использовать параллельное соединение, чтобы иметь возможность включения света в отдельно взятых комнатах.

Параллельное соединение проводников

В параллельной схеме проводники представляют собой набор резисторов, одни концы которых собираются в один узел, а другие – во второй узел. Предполагается, что напряжение в параллельном типе соединения одинаковое на всех участках цепи. Параллельные участки электроцепи носят название ветвей и проходят между двумя соединительными узлами, на них имеется одинаковое напряжение. Такое напряжение равно значению на каждом проводнике. Сумма показателей, обратных сопротивлениям ветвей, является обратной и по отношению к сопротивлению отдельного участка цепи параллельной схемы.

При параллельном и последовательном соединениях отличается система расчета сопротивлений отдельных проводников. В случае параллельной схемы ток уходит по ветвям, что способствует повышению проводимости цепи и уменьшает совокупное сопротивление. При параллельном подключении нескольких резисторов с аналогичными значениями совокупное сопротивление такой электроцепи будет меньше одного резистора число раз, равное числу резисторов в схеме.

В каждой ветви предусмотрено по одному резистору, и электроток при достижении точки разветвления делится и расходится к каждому резистору, его итоговое значение равно сумме токов на всех сопротивлениях. Все резисторы заменяются одним эквивалентным резистором. Применяя закон Ома, становится понятным значение сопротивления – при параллельной схеме суммируются значения, обратные сопротивлениям на резисторах.

При данной схеме значение тока обратно пропорционально значению сопротивления. Токи в резисторах не взаимосвязаны, поэтому при отключении одного из них это никоим образом не отразится на остальных. По этой причине такая схема используется во множестве устройств.

Как я и обещал в статье про переменные резисторы (ссылка), сегодня речь пойдет о возможных способах соединения, в частности о последовательном соединении резисторов и о параллельном.

Последовательное соединение резисторов.

Давайте начнем с рассмотрения цепей, элементы которой соединены последовательно. И хоть мы и будем рассматривать только резисторы в качестве элементов цепи в данной статье, но правила, касающиеся напряжений и токов при разных соединениях, будут справедливы и для других элементов. Итак, первая цепь, которую мы будем разбирать выглядит следующим образом:

Здесь у нас классический случай последовательного соединения - два последовательно включенных резистора. Но не будем забегать вперед и рассчитывать общее сопротивление цепи, а для начала рассмотрим все напряжения и токи. Итак, первое правило заключается в том, что протекающие по всем проводникам токи при последовательном соединении равны между собой:

А для определения общего напряжения при последовательном соединении, напряжения на отдельных элементах необходимо просуммировать:

В то же время, по закону Ома для напряжений, сопротивлений и токов в данной цепи справедливы следующие соотношения:

Тогда для вычисления общего напряжения можно использовать следующее выражение:

Но для общего напряжения также справедлив закон Ома:

Здесь R_0 - это общее сопротивление цепи, которое исходя из двух формул для общего напряжения равно:

Таким образом, при последовательном соединении резисторов общее сопротивление цепи будет равно сумме сопротивлений всех проводников.

Например, для следующей цепи:

Общее сопротивление будет равно:

Количество элементов значения не имеет, правило, по которому мы определяем общее сопротивление, будет работать в любом случае. А если при последовательном соединении все сопротивления равны ( R_1 = R_2 = . = R ), то общее сопротивление цепи составит:

В данной формуле n равно количеству элементов. С последовательным соединением резисторов разобрались, логичным образом переходим к параллельному.

Параллельное соединение резисторов.

При параллельном соединении напряжения на проводниках равны:

А для токов справедливо следующее выражение:

То есть общий ток разветвляется на две составляющие, а его значение равно сумме всех составляющих. По закону Ома:

Подставим эти выражения в формулу общего тока:

А по закону Ома:

Приравниваем эти выражения и получаем формулу для общего сопротивления цепи:

Данную формулу можно записать и несколько иначе:

Таким образом, при параллельном соединении проводников величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

Аналогичная ситуация будет наблюдаться и при большем количестве проводников, соединенных параллельно:

Смешанное соединение резисторов.

Помимо параллельного и последовательного соединений резисторов существует еще смешанное соединение. Из названия уже понятно, что при таком соединении в цепи присутствуют резисторы, соединенные как параллельно, так и последовательно. Вот пример такой цепи:

Давайте рассчитаем общее сопротивление. Начнем с резисторов R_1 и R_2 - они соединены параллельно. Мы можем рассчитать общее сопротивление для этих резисторов и заменить их в схеме одним единственным резистором R_ :

Теперь у нас образовались две группы последовательно соединенных резисторов:

Заменим эти две группы двумя резисторами, сопротивление которых равно:

Как видите, схема стала уже совсем простой. Заменим группу параллельно соединенных резисторов R_ и R_ одним резистором R_ :

И в итоге у нас на схеме осталось только два резистора соединенных последовательно:

Общее сопротивление цепи получилось равным:

Таким вот образом достаточно большая схема свелась к банальнейшему последовательному соединению двух резисторов. Тут стоит отметить, что некоторые схемы невозможно так просто преобразовать и определить общее сопротивление - для таких схем нужно использовать правила Кирхгофа, о которых мы обязательно поговорим в будущих статьях. А сегодняшняя статья на этом подошла к концу, до скорых встреч на нашем сайте 🤝

Параллельное и последовательное и соединение ламп в быту

Иногда на практике нам приходится сталкиваться с необходимостью параллельного или последовательного соединения ламп накаливания. Нередко данная задача встает и в быту, причем это касается не только ламп в люстре. Кто-то может захотеть улучшить освещенность на кухне, а кому-то в голову придет светлая мысль продлить срок службы лампы, заменив ее двумя соединенными последовательно.

Давайте рассмотрим, как осуществляются эти соединения, на что важно обратить внимание, и каких принципов стоит придерживаться, выполняя различные соединения. На рисунках ниже будут приведены простые и понятные схемы.

Параллельное соединение ламп в быту

При параллельном соединении сопротивления объединяются одними зажимами в одну точку (узел) и вторыми зажимами в другой узел. В этом случае напряжение на зажимах всех сопротивлений будет одним и тем же, равным общему напряжению цепи.

Общее сопротивление при параллельном соединении всегда меньше сопротивлений отдельных участков цепи. Параллельное соединение наодит самое широкое применение как обеспечивающее независимую работу и одинаковое напряжение отдельных приемников.

Итак, при параллельном соединении ламп, на каждую из них подается полное сетевое напряжение, то есть фаза и ноль подаются непосредственно на каждую из ламп параллельной цепи. И в случае, если одна из ламп перегорит, остальные будут светить, ибо их цепи останутся полностью целыми.

Параллельное соединение ламп используется всюду в быту. Например: одна лампа находится в ванной комнате, другая — в туалете, и если включить свет и там и там, то эти лампы окажутся соединены между собой параллельно. Выключение или перегорание одной из этих ламп никак не повлияет на работоспособность второй.

Когда необходимо улучшить освещенность в помещении, добавив лампу к существующей системе освещения (вместо того, чтобы заменять уже имеющуюся лампу более мощной), делают отвод от проводки, и обычно на скрутку или клеммником присоединяют патрон осветительного прибора второй лампы.

Здесь нет ничего сложного, достаточно отключить напряжение питания во всем помещении, и осуществить подключение. Так вы получите дополнительный источник света.

Обратите внимание, на рисунке каждая из ламп параллельной цепи присоединена к основной проводке своим проводом, так токовая нагрузка на все проводники окажется распределена равномерно, и если сечение этих проводов подобрано правильно, то ни один из них не будет перегреваться даже при длительной работе.

Последовательное соединение ламп в быту

Справедливости ради можно сразу отметить, что в быту последовательное соединение ламп используют очень редко. Хотя иногда люди прибегают к такому подходу, например если хотят надежно предотвратить преждевременное перегорание ламп — соединяют последовательно две лампы одинаковой мощности, получают гарантию, что даже при сильных скачках напряжения в сети обе лампы останутся целыми.

Последовательное соединение применяется в тех случаях, когда напряжение источника значительно выше (в 2 и большее число раз) напряжения, на которое рассчитаны приемники.

Недостатками этого вида соединения, ограничивающими его применение, являются:

зависимость работы приемников друг от друга, так как при отключении одного из участков ток прерывается во всей цепи;

зависимость напряжений на отдельных участках цепи от их сопротивлений.

Такое последовательное соединение применяют часто в подъездах, когда чтобы не менять лампочку каждый сезон, просто устанавливают на потолке второй патрон на некотором расстоянии от первого, и в него вкручивают вторую лампочку. Так, вместо одной на 60 Вт — две последовательно по 95-100 Вт.

Лампы работают не при 220 вольтах, а при 110 вольтах, таким образом они всегда надежно защищены от токовой перегрузки, светят ровно и не мерцают, как если бы питались через диод (так иногда тоже делают, чтобы снизить средний ток через лампу).

Можно сделать цепь из трех одинаковых ламп, тогда на каждую лампу придется по 70-80 вольт переменного напряжения, ибо 210-240 вольт сетевого напряжения разделится на 3. По этому принципу изготавливают и новогодние гирлянды, где много-много разноцветных лампочек, рассчитанных на напряжение в 1 вольт соединяют в длинные последовательные цепочки. Обратите внимание, в гирляндах очень тонкие провода, так как там очень маленький ток, буквально единицы миллиампер.

Таким же подходом руководствуются, делая осветительные сборки из автомобильных ламп на 12 вольт — соединяют по 20 штук 5 ваттных ламп последовательно, и получают осветительную сборку мягкого света мощностью 100 Вт.

Но у таких гирлянд есть один минус — если перегорит одна лампа — работать перестанет вся гирлянда. Поэтому если в вашем быту имеется сборка из последовательно соединенных ламп, необходимо всегда иметь купленные на всякий случай запасные лампы.

Читайте также: